Конспект урока на тему " Современные космические методы изучения Земли на службе

Цель : ознакомление с возможностями космических методов изучения Земли и применением результатов исследования в различных сферах деятельности человека.

Задач и:

изучение способ съемки Земли из космоса

ознакомление с историей и современным состоянием космического метода, достижениями отечественной и зарубежной космонавтики, перспективами развития

ознакомление с космическими снимками и овладеть основами визуального дешифрирования космических изображений

Космические исследования и освоение космического пространства – одно из важнейших проявлений современной научно-технической революции. С покорением космоса человечество открыло много нового и неизвестного. Появилась возможность изучать свой дом – Землю на расстоянии. Так было положено начало космическим методам изучения Земли.

Космические методы относятся к дистанционным, т.к. исследуемый объект изучается на дистанции. Дистанционное зондирование – это получение информации об объекте без вступления с ним в прямой контакт.

Полученные таким образом сведения имеют в науке огромную ценность. Оказалось, что дистанционные космические методы имеют существенные преимущества перед наземными методами. Прежде всего, возможность получения изображения Земли в разных масштабах (от глобального до локального), оперативность, возможность повторить исследование неоднократно. Съемка из космоса позволяет охватить единым взглядом обширные пространства и одновременно рассмотреть многообразные детали строения местности, в том числе те, которые не заметны в поверхности Земли.

В своем развитии дистанционное зондирование (исследование) имеет несколько этапов:

В 18 веке с помощью простейшей камеры-обскуры – светонепроницаемой коробки с небольшим отверстием в центре – получали рисованные снимки. Съемку делали с высоты птичьего полета на воздушном шаре. По таким снимкам составляли топографические карты местности. Это была сложная кропотливая работа.

С открытием фотографии в 1839 г. дело пошло значительно быстрее. Впервые стало возможным постоянно и объективнофиксировать изображение. Первоначально фотоаппараты размещались на простых летательных аппаратах (воздушные шары, воздушный змей) и даже птицах. Это была аэрофотосъемка местности.

Следующий шаг к тому, что мы теперь называем дистанционным зондированием, был связан с развитием самолетостроения. Уже в начале 20 века были получены аэрофотоснимки с самолетов. В годы Первой мировой войны выполняли аэрофотосъемку в разведывательных целях.

В 30-ые годы 20 века аэрофотосъемка заменила наземную съемку и стала основным методом составления карт. Так, к середине 50-х годов с помощью аэрофотоснимков были составлены топографические карты всей территории СССР.

Важнейшим толчком в развитии метода дистанционно зондирования послужило покорение космоса человеком. В 60-ые годы 20 века стало возможным получение снимков, сделанных из космоса. Это событие послужило толчком в разработке новых типов съемочных аппаратов. В США и СССР разрабатываются новые оптико-электронные системы – сканеры, выполняющие многозональнуюсъемка земной поверхности.

В 80-ые годы стало возможным широкое применение комических снимков во всех областях изучения земли.

В настоящее время вокруг Земли движется множество спутников-съемщиков разных стран, которые регулярно делают съемку Земли и поставляют на Землю тысячи разных снимков земной поверхности.

Для получения снимков различной степени детальности, спутники запускают на разные высоты. Выделяют три основных высотных яруса их полета :

Спутники самого верхнего яруса , запускаемые на высоту 36 000 км, летают над экватором. Их называют геостационарными, поскольку, вращаются вместе с земным шаром и делая полны оборот вокруг земли ровно за одни сутки. Такие спутник как бы висят в небе над одной и той же точкой земли. Геостационар может выполнить съемку почти целого полушария Земли.

К геостационарным спутникам относятся российский «Электро», спутник Евросоюза «М eteosat », американский « GOES - W » и « GOES - Е», японский « GMS », индийский « Insat ». Они ведут непрерывное глобальное «патрулирование» планеты, каждые полчаса передавая по радиоканалам обзорные снимки.

Спутники среднего яруса , орбита которых проходит над полюсами (поэтому их называют полярными), летают на высоте от 600 до 1500 км. Для съемки всей земной поверхности им требуется от одних суток до 2-3 недель.

К спутникам среднего яруса относятся: российский спутник «Метеор 1» и «Метеор2», американский спутник NOAA , спутники России «Ресурс – П», «Ресурс – О», американский Landsat , французский SPOT .

Спутники самого нижнего яруса , летающие на высоте 200-300 км, ведут детальную съемку отдельных участков земной поверхности, расположенных вдоль трассы полета.

Космические системы наблюдения Земли подразделяются по своему назначения на метеорологические, ресурсные, океанологические, картографические, навигационные, научно-исследовательские.

Для получения снимков со спутников применяют различную съемочную аппаратуру. Сравнивая ее с человеческими глазами, можно сказать, что эти глаза бывают разными – дальнозорким и близорукими, одни видят в темноте, другие сквозь туман и облака, есть даже «дальтоники», которые видят объекты в искаженных цветах.

Различают следующие группы таких аппаратов:

Фотографические аппараты . Получаемые таким аппаратом снимки называют плановые, т.к. по геометрическим свойствам они приближены к плану местности. С помощью космических фотоаппаратов получают снимки только в видимом диапазоне.

Спутниковые сканеры . В отличие от фотоаппаратов работают во многих диапазонах электромагнитного спектра (получают снимки не только в видимом, но и инфракрасном диапазоне)

Радиолокаторы . Если фотоаппараты и сканеры регистрируют отраженное объектами солнечное или собственное излучение, то радиолокаторы сами «освещают» местность радиолучом и принимают отраженный радиосигнал. Радиолуч как бы ощупывает, зондирует поверхность, чутко реагируя на ее шероховатость. Поэтому на радиолокационных снимках видны даже небольшие неровности рельефа.

В результате выполнения космических съемок накоплен многомиллионный фонд снимков. Для того, чтобы эффективно использовать эти изображения, они систематизированы, сгруппированы по возможностям их применения. При всем многообразии снимков у них можно выделить ряд общих характеристик:

Масштаб снимка . Снимки, как и карты, различаются по масштабу. Они бывают:

крупномасштабные – в 1 см – 10 м и даже крупнее.

среднемасштабные

мелкомасштабные (в 1 см – 100 км)

Масштаб снимка зависит от высоты выполнения съемки, фокусного расстояния аппарата, кривизны земной поверхности. От масштаба зависит обзорность снимка: на крупномасштабных снимках изображены лишь отдельные дома, на мелкомасштабных можно увидеть целые континенты.

Обзорность снимков – это охват территории одним снимком.

По обзорности снимки разделяют: глобальные (охватываю всю планету), крупнорегиональные (охватывают крупные регионы мира: Европа, Азия и т.д.), региональные (регион и его часть: Бельгия, Московская область); локальные (изображают небольшой участок местности: небольшой город, микрорайон)

Разрешение . С масштабом снимков связана их способность воспроизводить мелкие объекты и отдельные детали. Крупномасштабные снимки имеют разрешение в десятки сантиметров, т.е. на них могут быть видны даже ветки деревьев. Мелкомасштабные снимки имеют разрешение в несколько км, в результате наблюдатель видит очень большие участки леса или всю лесную зону.

Ретроспективность. Снимок объективно фиксирует состояние местности, отдельных объектов и явлений на момент съемки. Сопоставляя снимки разных лет, можно оценить динамику природных процессов: например, насколько отступил ледник, как растут овраги, изменяются площади лесов.

Стереоскопичность. Два снимка одно и того же участка местности, полученные с разных точек, образуют стереоскопическую (т.е. воссоздающую объемное изображение) пару снимков. Вооружившись стереоскопом, можно наблюдать по этим снимкам не плоское изображение, а объемную и очень выразительную модель местности. Это замечательное свойство снимков важно для изучения рельефа земной поверхности и составления карт.

Спектральный диапазон .Современная съемочная аппаратура способна делать съемку в разных диапазонах электромагнитного излучения.

По этому признаку выделяют три группы снимков:

в видимом диапазоне, который называют световым

в тепловом инфракрасном диапазоне

в радиодиапазоне.

От выбора диапазона зависит то, какие объекты будут изображены на снимках. На снимках в видимом диапазоне изображается все, что видно человеческим глазом; снимки в инфракрасном тепловом диапазоне позволяют определить температуру поверхности, а радиодиапазоне – ее шероховатость (т.е. неровности поверхности). Очень часто одновременно получают не один, а целую серию снимков в разных спектральных диапазонах. Такие снимки называются многозональными .

С космическим методом изучения земли, появлением космической съемки и съемочной аппаратуры, расширились возможности визуальных наблюдений. Человеческий глаз воспринимает только световое излучение, а современные приборы позволяют «видеть» земную поверхность в невидимых лучах: ультрафиолетовых, инфракрасных, в радиодиапазоне. И каждый прибор «видит» то, что не различают другие.

Спутниковая информация представляет огромную ценность не только для науки. Она позволяет решить ряд задач во многих отраслях экономики. Например: в сельском хозяйстве. Так, спутниковая информация позволяет обнаружить районы, пораженные засухой, вредителями, техногенными выбросами. Интересный факт: В 70-е и 80-е гг. Советский Союз закупал в больших объемах зерно за рубежом – в США, Канаде и других странах. Нет сомнения, что зарубежные партнеры при определении цены учитывали виды на урожай и использовали спутниковую информацию для оценки состояния сельхозугодий в СССР.

Активно используется космический мониторинг в борьбе с лесными пожарами. По данным, полученным со спутников, можно определить координаты очагов пожаров, площадь и объем сгоревшего леса, величину экономического ущерба. Например: на фото, сделанном в районе Амурской области летом 2014 года, четко выделяются очаги пожаров с дымовыми шлейфами.

По космоснимкам можно осуществлять экологический контроль атмосферного воздуха, отслеживая загрязнение снежного покрова и дымовые выбросы промышленных предприятий. На рисунке представлена карта экологического состояния воздушного бассейна над Москвой. Как видно, наиболее загрязненными районами являются районы железнодорожных вокзалов и территория вокруг завода имени Лихачева.

Данные дистанционного зондирования Земли, благодаря периодичности спутниковой съемки, позволяют оперативно оценить обстановку в районах возникновения стихийных бедствий (наводнений, циклонов, засух, землетрясений, пожаров) и служат основой для своевременного прогноза природных катастроф.

Пример мы видим на слайде: представлены два снимка одно и того же участка побережье Индонезии в декабре 2004 года с интервалом в несколько часов. Хорошо видны последствия цунами, охватившего побережье Индийского океана.

На следующих фотографиях, сделанных с интервалом 10-15 лет, можно наблюдать возникновение проблемы, связанной с пересыханием озера Чад. Подобное явление переживает и Аральское море.

Данные космического мониторинга можно использовать для принятия мер по предупреждению возникновения чрезвычайных ситуаций. Так, регулярный космический мониторинг ледовой обстановки на реках Сибири в весенний период позволяет своевременно выявлять места возникновения ледовых заторов с целью их ликвидации (например, взрывным методом) и тем самым не допустить возникновения сильного наводнения, приводящего к большому социальному и материальному ущербу.

Одной из наиболее важных задач, которую можно решить с помощью данных дистанционного зондирования Земли, является контроль развития инфраструктуры территории для целей регионального планирования. Как правило, при решении задач регионального планирования используются топографические карты. Но, как показывает опыт, данные карты перестают отражать истинное положение дел уже через несколько лет после составления. Появляются новые дороги, населенные пункты и др., не намеченные на карте. Все это в значительной степени затрудняет процесс регионального планирования. В этой связи применение систем дистанционного зондирования Землиоткрывает большие возможности для организации эффективного регионального планирования, особенно в условиях бурного развития страны или отдельных ее территорий.

Рисунок иллюстрирует вышесказанное. Как видно, сопоставление топографической карты района Туапсе, составленной в 1994 г., с космическим снимком того же района 2009 г. наглядно показывает преимущества использования систем дистанционного зондирования Земли. По снимку можно провести уточнение береговой линии, выявить вновь появившиеся объекты, не отмеченные на топографической карте.

Мы убедились, что в настоящее время космические снимки необходимы не только географам, но и метеорологам, геологам, картографам. С помощью космических снимков изучают строение земной коры, ищут полезные ископаемые, обнаруживают лесные пожары, исследуют богатые рыбой районы в океане. Таким образом, космический метод изучения Земли популярен, актуален, представляет неограниченные возможности.

Активно использовать данные дистанционного зондирования Земли имеют возможность не все отрасли и предприятия страны. Некоторые субъекты Федерации ввели в практику применение космоснимков для решения региональных задач. На территории Ярославской области крупными организациями, которые ввели в практику использование космоснимков являются «Геомониторинг» для исследования подземных вод, компании «Кадастр» и «Недра». Мы обнаружили, что существует проект программы использования данных дистанционного зондирования Земли для планирования территории Ярославля, разработке его генерального плана. С помощью снимка, сделанного из космоса, можно оперативно определить наиболее загруженные дороги с тем, чтобы с большей эффективностью спланировать строительство новых транспортных магистралей. Данные дистанционного зондирования пригодятся в планировании городской застройки и пригородных территорий, в решении экологических вопросов, для планирования системы озеленения и санитарных зон предприятий. Будем надеяться, что современные достижения в области космического мониторинга будут основой эффективного управления нашего региона.

Уже сейчас у каждого из нас есть персональный доступ к результатам космического зондирования Земли для использования в образовательных целях. Еще несколько лет назад это было бы фантастикой. Но ведь запуск первого искусственного спутника Земли и первый полет человека в космос даже за несколько лет до их осуществления тоже казался необыкновенной фантастикой.

Знание обладает великолепной особенностью – постоянно напоминает, что оно лишь трамплин в будущее и слишком много нам еще не известно. Выход человека в космос позволил решить много новых задач и сделать новые открытия. Но процесс познания таков, что, решая одни задачи, мы сталкивается с новыми нерешенными проблемами, ведь сам процесс познания бесконечен.

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.

Давайте совершим воображаемое путешествие к центру Земли. Представим, что мы движемся вглубь, «проходя» толщу Земли в каком-нибудь фантастическом снаряде, вместе с героями книги Жюля Верна «Путешествие к центру Земли».

Самый верхний покров Земли - земная кора. Если сравнить Землю с яблоком, то земная кора будет только его тонкой кожицей. Но именно эта «кожица» интенсивно используется человеком. На ее поверхности построены города, заводы и фабрики, из ее недр добывают различные полезные ископаемые, она дает человеку воду, энергию, одежду и многое-многое другое. Поскольку земная кора самый верхний слой Земли, то и изучена лучше всех. В её недрах залегают очень ценные для человека горные породы и минералы, который он научился использовать в хозяйстве.

После «гранитного» слоя, находится слой, сложенный преимущественно из базальта - горной породы глубинного происхождения. Базальт тяжелее гранита, он содержит больше железа, магния и кальция. Эти три слоя земной коры - осадочный, «гранитный» и «базальтовый» - хранят все полезные ископаемые, используемые человеком. Толщина земной коры не везде одинакова: от 5 км под океанами до 75 км под материками. Под океанами, как правило, отсутствует «гранитный» слой.

На рисунке видно, что под океанами земная кора более тонкая, т.к. состоит из двух слоёв (верхнего осадочного и нижнего базальтового).
Далеко не везде, углубляясь в Землю, мы будем наблюдать строгую последовательность, при которой за более молодым слоем располагается более древний. Пласты горных пород по праву называют страницами истории Земли, но они могут быть перепутаны, измяты, изорваны. В основном это происходит в результате горизонтальных сдвигов происходящих в земной коре.
Смещение горных пород показано рисунке справа.

За земной корой, если двигаться к центру Земли следует, самый толстый слой Земли – мантия (учёные говорят «самый мощный»). Никто никогда не видел ее. Ученые предполагают, что состоит она из магния, железа и свинца. Температура здесь около +2000° С!

От низлежащей мантии земную кору отделяет во вмогом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны сдесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

Ученые установили, что температура горных пород с глубиной возрастает: в среднем на каждые 30 м глубины Земли становится теплее на 1 С. Мантия получает огромное количество тепла от ядра Земли, которое ещё горячее.

При огромной температуре породы мантии должны быть в жидком, расплавленном виде. Но этого не происходит, потому что вышележащие горные породы давят на мантию, и давление на такой глубине в 13 тысяч раз больше, чем на поверхности. Иначе говоря, на каждый 1 см 2 горной породы давят 13т. Столько весит КАМАЗ, груженый асфальтом. Поэтому, по-видимому, породы мантии и ядра находятся в твердом состоянии. Выделяют нижнюю и верхнюю мантию.

Состав мантии:
алюминий, магний, кремний, кальций

Люди давно заметили, что на дне глубоких шахт температура горных пород выше, чем на поверхности. Некоторые шахты даже приходилось забрасывать, потому что там становилось невозможно работать, так как температура достигала +50° С.

Ядро Земли - пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить лишь о его радиусе - примерно 3500 км и температуре - около 4000 °С. Это пока все, что известно науке о строении глубин Земли. Некоторые учёные придерживаются мнения о том, что наше ядро состоит из железа, другие допускают возможным существования огромной пустоты в центре нашей планеты. Выделяют внешнее и внутреннее ядро. Но каково ядро Земли на самом деле пока не знает никто.

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО ) и твердую (BHУTPEHHE ), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

Состав ядра:
железо, никель.

Литосфера - это твердая оболочка Земли, состоящая из земной коры и верхней части мантии (от греч. lithos - камень и sphaira - шар). Известно, что существует тесная связь между литосферой и мантией Земли.

Движение литосферных плит.

Многие ученые считают, что литосфера разделена глубинными разломами на блоки, или плиты, разной величины. Эти плиты перемещаются по разжиженному слою мантии относительно друг друга. Литосферные плиты бывают материковые и океанические (мы немного рассказывали чем они отличаются). При взаимодействии материковой и океанической плит одна надвигается на другую. Из-за своей меньшей толщины край океанической плиты как бы "ныряет" под край континентальной плиты. При этом образуются горы, глубоководные желоба, островные дуги. Наиболее яркий пример такого образования - Курильские острова и Анды.

Какая же сила передвигает плиты литосферы?
Движение их ученые связывают с перемещением вещества в мантии. Мантия несет на себе земную кору, как тонкий лист бумаги.
Границы литосферных плит в местах их разрыва и в местах стыковки - это активные участки литосферы, к которым приурочено большинство действующих вулканов и где часты землетрясения. Эти участки образуют сейсмические пояса Земли, протянувшиеся на тысячи километров. Повторим, что термин "сейсмический" происходит от греческого слова seismos - колебание.

Тепло ядра Земли заставляет мантийное вещество подниматься (как вода при кипении), образуя вертикальные потоки мантии, раздвигающие литосферные плиты. При остывании возникают нисходящие потоки. Тогда литосферные плиты сдвигаются, сталкиваются и образуются горы.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Объектами , которые изучает геология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:

 изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

 изучение внутреннего строения Земли;

 изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

 изучение истории развития жизни на Земле и др.

Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.

1. Методы полевой геологической съемки  изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы  используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и, следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности  Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма  протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Согласно современным космологическим представлениям 3емля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно, и чем крупнее были падающие тела, тем сильнее разогревали они Землю. Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство. Хотя первоначальная смесь веществ могла быть однородной в большом масштабе, разогрев земной массы вследствие гравитационного сжатия и бомбардировки ее обломками привел к расплавлению смеси и возникшие жидкости под действием тяготения отделялись от оставшихся твердых частей. Постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью должно было привести к его расслоению на отдельные оболочки. Более легкие вещества, богатые кремнием, отделялись от более плотных, содержащих железо и никель, и образовывали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда 3емля существенно охладилась, земная кора затвердела, превратившись в прочную внешнюю оболочку планеты. Остывая, 3емля выбрасывала из своего ядра множество различных газов (обычно это происходило при извержении вулканов) - легкие, такие как водород и гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство, но так как сила притяжения 3емли была уже достаточно велика, то удерживала у своей поверхности более тяжелые. Они как раз и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на 3емле возникли океаны.

Методы исследования строения Земли

Большинство частных наук о Земле составляют науки о ее поверхности, включая атмосферу. Пока человек не проник в глубь Земли далее 12 – 15 км (Кольская сверхглубокая скважина). С глубин примерно до 200 км разными путями выносится наружу вещество недр и оказывается доступным для исследования. Сведения о более глубоких слоях добываются косвенными методами:

Регистрацией характера прохождения сейсмических волн разных типов через земные недра, изучением метеоритов как реликтовых остатков прошлого, отражающих состав и структуру вещества протопланетного облака в зоне формирования планет земной группы. На этой основе делаются выводы о совпадении вещества метеоритов определенного типа с веществом тех или других слоев земных глубин. Выводы о составе земных недр, опирающиеся на данные о химико-минералогическом составе выпадающих на землю метеоритов не считаются надежными, так как нет общепризнанной модели образования и развития Солнечной системы.

Строение Земли

Зондирование недр земли сейсмическими волнами позволило установить их оболочечное строение и дифференцированность химического состава.

Различают 3 главные концентрически расположенные области: ядро, мантия, кора. Ядро и мантия в свою очередь подразделяются на дополнительные оболочки, различающиеся физико-химическими свойствами (рис.51).

Рис.51 Строение Земли

Ядро занимает центральную область земного геоида и разделяется на 2 части. Внутреннее ядро находится в твердом состоянии, оно окружено внешним ядром , пребывающим в жидкой фазе. Между внутренним и внешним ядрами нет четкой границы, их различает переходная зона . Считается, что состав ядра идентичен составу железных метеоритов. Внутреннее ядро состоит из железа (80 %) и никеля (20%). Соответствующий сплав при давлении земных недр имеет температуру плавления порядка 4500 0 С. Внешнее ядро содержит железо (52 %) и эвтектику (жидкая смесь твердых веществ), образуемую железом и серой (48 %). Не исключается небольшая примесь никеля. Температура плавления такой смеси оценивается 3200 0 С. Чтобы внутренне ядро оставалось твердым, а внешнее жидким, температура в центре Земли не должна превышать 4500 0 С, но и не быть ниже 3200 0 С. С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма.

Палеомагнитные исследования характера магнитного поля планеты в далеком прошлом, основанные на измерениях остаточной намагниченности земных пород, показали, что на протяжении 80 млн. лет имело место не только наличие напряженности магнитного поля, но и многократное систематическое перемагничивание, в результате которого северный и южный магнитные полюса Земли менялись местами. В периоды смены полярности наступали моменты полного исчезновения магнитного поля. Следовательно, земной магнетизм не может создаваться постоянным магнитом за счет стационарной намагниченности ядра или какой – то его части. Предполагают, что магнитное поле создается процессом, названным эффектом динамомашины с самовозбуждением. Роль ротора (подвижного элемента) динамо может играть масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси, а система возбуждения образуется токами, создающими замкнутые петли внутри сферы ядра.

Плотность и химический состав мантии, по данным сейсмических волн, резко отличаются от соответствующих характеристик ядра. Мантию образуют различные силикаты (соединения, в основе которых кремний). Предполагается, что состав нижней мантии подобен составу каменных метеоритов (хондритов).

Верхняя мантия непосредственно связана с самым внешним слоем – корой. Она считается «кухней», где приготовляются многие слагающие кору породы или их полуфабрикаты. Полагают, что верхняя мантия состоит из оливина (60%), пироксена (30 %) и полевого шпата (10 %). В определенных зонах этого слоя происходит частичное плавление минералов и образуются щелочные базальты – основа океанической коры. Через рифтовые разломы среднеокеанических хребтов базальты поступают из мантии на поверхность Земли. Но этим не ограничивается взаимодействие коры и мантии. Хрупкая кора, обладающая высокой степенью жесткости, вместе с частью подстилающей мантии образует особый слой толщиной порядка 100 км, называемой литосферой. Этот слой опирается на верхнюю мантию, плотность которой заметно выше. Верхняя мантия обладает особенностью, определяющей характер ее взаимодействия с литосферой: по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный. Литосфера создает постоянную нагрузку на верхнюю мантию и под ее давлением подстилающий слой, называемой астеносферой , проявляет пластичные свойства. Литосфера «плавает» в нем. Такой эффект называют изостазией.

Астеносфера в свою очередь опирается на более глубокие слои мантии, плотность и вязкость которых возрастает с глубиной. Причина этого – сдавливание пород, вызывающее структурную перестройку некоторых химических соединений. Например, кристаллический кремний в обычном состоянии имеет плотность 2,53 г/см 3 , под действием возросших давлений и температур он переходит в одну из своих модификаций, названную стишовитом, плотность, которой достигает 4,25 г/см 3 . Силикаты, слагаемые такой модификацией кремния, имеют очень компактную структуру. В целом же литосфера, астеносфера и остальная мантия могут рассматриваться в качестве трехслойной системы, каждая из частей которой подвижна относительно других компонентов. Особой подвижностью отличается легкая литосфера, опирающаяся на не слишком вязкую и пластичную астеносферу.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из восьми химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в ней в связанных состояниях, в основном в виде окислов металлов. Геологические особенности коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы – этих трех внешних оболочек планеты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется. Благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80 – 100 млн. лет. Убыль веществ континентов восполняется вековыми поднятиями их коры. Жизнедеятельность бактерий, растений и животных сопровождается полной сменой содержащейся в атмосфере углекислоты за 6-7 лет, кислорода – за 4 000 лет. Вся масса гидросферы (1,4 · 10 18 т) целиком обновляется за 10 млн. лет. Еще более фундаментальный круговорот вещества поверхности планеты протекает в процессах, связывающих все внутренние оболочки в единую систему.

Существуют стационарные вертикальные потоки, называемые мантийными струями, они поднимаются из нижней мантии в верхнюю и доставляют туда горючее вещество. К явлениям той же природы относят внутриплитовые «горячие поля», с которыми, в частности, связывают наиболее крупные аномалии в форме земного геоида. Таким образом образ жизни земных недр чрезвычайно сложен. Отклонения от мобилистских положений не подрывают идею тектонических плит и их горизонтальных движений. Но не исключено, что в недалеком будущем появится более общая теория планеты, учитывающая горизонтальные движения плит и незамкнутые вертикальные переносы горючего вещества в мантии.

Самые верхние оболочки Земли – гидросфера и атмосфера – заметно отличаются от других оболочек, образующих твердое тело планеты. По массе это совсем незначительная часть земного шара, не более 0,025 % всей его массы. Но значение этих оболочек в жизни планеты огромно. Гидросфера и атмосфера возникли на ранней стадии формирования планеты, а может быть, и одновременно с ее формированием. Нет сомнений, что океан и атмосфера существовали 3,8 млрд. лет назад.

Образование земли шло в русле единого процесса, вызвавшего химическую дифференциацию недр и возникновение предшественников современных атмосферы и гидросферы. Вначале из зерен тяжелых нелетучих веществ оформилось протоядро Земли, затем оно очень быстро присоединило вещество, ставшее впоследствии мантией. А когда Земля достигла примерно размеров Марса, начался период ее бомбардировки планетозималиями. Удары сопровождались сильным локальным разогревом и плавлением земных пород и планетозималий. При этом выделялись газы и пары воды, содержащиеся в породах. А так как средняя температура поверхности планеты оставалась низкой, пары воды конденсировались, образуя растущую гидросферу. В этих столкновениях Земля теряла водород и гелий, но сохраняла более тяжелые газы. Содержание изотопов инертных газов в современной атмосфере позволяет судить об источнике, их породившем. Этот изотопный состав согласуется с гипотезой об ударном происхождении газов и воды, но противоречит гипотезе о процессе постепенной дегазации земных недр как источнике образования атмосферы и гидросферы. Океан и атмосфера безусловно существовали не только на протяжении всей истории Земли как сформировавшейся планеты, но и в течение основной фазы аккреции, когда протоземля имела размеры Марса.

Идея ударной дегазации, рассматриваемой как основной механизм образования гидросферы и атмосферы, получает все большее признание. Лабораторными экспериментами подтверждалась способность ударных процессов выделять из земных пород заметные количества газов, в том числе и молекулярного кислорода. А это означает, что некоторое количество кислорода присутствовало в атмосфере земли еще до того, как возникла на ней биосфера. Идеи абиогенного происхождения некоторой части атмосферного кислорода выдвигались и другими учеными.

Обе внешние оболочки – атмосфера и гидросфера – плотно взаимодействуют друг с другом и с остальными оболочками Земли, особенно с литосферой. На них оказывают прямое воздействие Солнце и Космос. Каждая из этих оболочек представляет собой открытую систему, обдающую определенной автономией и своими внутренними законами развития. Все, кто изучает воздушный и водный океаны, убеждены. Что объекты исследования обнаруживают удивительную тонкость организации, способность к саморегуляции. Но при этом ни одна из земных систем не выпадает из общего ансамбля, и их совместное существование демонстрирует не просто сумму частей, а новое качество.

Среди сообщества оболочек Земли особое место занимает биосфера. Она захватывает верхний слой литосферы, почти всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Термин «биосфера» ввел в науку в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс (1831 – 1914). Под биосферой понималась совокупность заселяющей поверхность планеты живой материи вместе со средой обитания. Новый смысл этому понятию придал В.И. Вернадский, рассматривавший биосферу как системное образование. Значимость этой системы выходит за пределы чисто земного мира, который представляет собой звено космического масштаба.

Возраст Земли

В 1896 году было открыто явление радиоактивности, это привело к развитию методов радиометрической датировки. Суть его заключается в следующем. Атомы некоторых элементов (урана, радия, тория и других) не остаются постоянными. Исходный, называемый материнский элемент спонтанно распадается, превращаясь в стабильный дочерний. Например, уран – 238, распадаясь, превращается в свинец – 206, а калий – 40 – в аргон – 40. Измеряя количество материнских и дочерних элементов в минерале, можно вычислить время, прошедшее с момента его образования: чем больше процент дочерних элементов, тем старше минерал.

Согласно радиометрической датировке, самым старым на Земле минералам 3,96 миллиарда лет, а самым старым монокристаллам – 4,3 миллиарда. Ученые считают, что сама Земля старше, потому что радиометрический отсчет ведется от момента кристаллизации минералов, а планета существовала в расплавленном состоянии. Эти данные вкупе с результатами исследований изотопов свинца в метеоритах позволяют сделать вывод о том, что вся Солнечная система сформировалась приблизительно 4,55 миллиарда лет тому назад.

5.5. Происхождение материков. Эволюция земной коры: тектоника литосферных плит

В 1915 году немецкий геофизик А. Вегенер (1880 - 1930) предположил, исходя из очертания континентов, что в геологический период существовал единый массив суши, названный им Пангеей (от греч. «вся земля»). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка – от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.

Решающим аргументом в пользу принятия данной концепции стало эмпирическое обнаружение в 50 – х гг.XX столетия расширения дна океанов, что послужило отправной точкой создания тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что континенты расходятся под влиянием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепризнанна в геологии.

Также в пользу этой теории говорит то, что береговая линия восточной части Южной Америки поразительно совпадает с береговой линией западной части Африки, а береговая линия восточной части Северной Америки – с береговой линией западной части Европы.

Одна из современных теорий, объясняющих динамику процессов в земной коре, называется теорией неомобилизма . Ее зарождение относится к концу 60 – х годов XX века и вызвано сенсационным открытием на дне океана цепи горных хребтов, оплетающих земной шар. Ничего подобного на суше нет. Альпы, Кавказ, Памир, Гималаи, даже вместе взятые, несравнимы с обнаруженной полосой срединных хребтов Мирового океана. Ее длина превышает 72 тыс. км.

Человечество как бы открыло неведомую прежде планету. Наличие узких впадин и больших котловин, глубоких ущелий, тянущихся почти непрерывно вдоль оси срединных хребтов, тысячи гор, подводных землетрясений, действующих вулканов, сильных магнитных, гравитационных и тепловых аномалий, горячих глубоководных источников, коллосальных скоплений железомарганцевых конкреций – все это обнаружено за короткий промежуток времени на дне океана.

Как выяснилось, океанической коре свойственно постоянное обновление. Она зарождается на дне рифта, секущего срединные хребты по оси. Сами хребты – из той же купели и тоже молоды. Океаническая кора «умирает» в местах расколов – там, где она подвигается под соседние плиты. Опускаясь в глубь планеты, в мантию и оплавляясь, она успевает отдать часть себя вместе с накопившимися на ней осадочными отложениями на строительство материковой коры. Расслоение недр Земли по плотности рождает своего рода течения в мантии. Эти течения обеспечивают поставку материала для разрастания океанического дна. Они же заставляют дрейфовать глобальные плиты с выступающими из Мирового океана континентами. Дрейф крупных плит литосферы с возвышающейся на них сушей и называется неомобилизмом.

Перемещение материков подтверждено в настоящее время наблюдениями с космических аппаратов. Нарождение океанской коры исследователи увидели своими глазами, приблизившись ко дну Атлантики, Тихого и Индийского океанов, Красного моря. Используя современную технику глубоководного погружения, акванавты обнаружили образование трещин в растягиваемом дне и молодые вулканчики, поднимающиеся из таких «щелей».

Когда все материки были открыты и нанесены на географические карты, изучение Земли продолжалось. Новые экспедиции отправились к полюсам Земли, на дно самой глубокой океанической впадины и на самую высокую вершину.

Исследование полярных областей

Достижение Северного и Южного полюсов было целью жизни многих исследователей. Американец трижды пытался покорить Северный полюс и достиг его в 1909 году.

Узнав об успехе Р. Пири, норвежец Руал Амундсен решил покорить Южный полюс. В 1911 году, добравшись на корабле «Фрам» до антарктического берега, он вместе с четырьмя товарищами отправился в путь на санях, запряжённых собаками. Отважные путешественники достигли Южного полюса, подняв над ним норвежский флаг.

Начиная с 1959 года в Антарктиде стали размещать постоянные научные станции. Они принадлежат разным странам, поэтому называют материком мира. Исследования Антарктиды очень важны, поскольку она оказывает существенное влияние на климат даже далёких от неё частей Земли. Продолжаются и исследования Арктики. В них особенно активно участвуют страны, территории которых омываются Северным Ледовитым океаном. Преимущество в исследованиях принадлежит России. Она на протяжении уже почти целого века снаряжает в Арктику полярные экспедиции. Очень крупные исследования проводились в 2007 году на судне «Академик Фёдоров» при поддержке атомного ледокола «Россия». Учёные изучали , морские течения, толщину льдов, глубину океана. Па дно океана в районе Северного полюса были спущены глубоководные аппараты «Мир».

Исследование океанов

В результате специальных экспедиций на дне океанов в 20 веке были открыты огромные горные хребты, множество подводных вулканов, глубоких впадин. Вулканов в океанах оказалось гораздо больше, чем на суше. В 1960 году исследователи Жак Пикар и Дон Уолш в специальном аппарате - батискафе опустились на дно самой глубокой и мире Марианской впадины, на глубину 11 022 метра. Оказалось, что на дне даже самых глубоких впадин есть жизнь. Французский океанолог Жак Ив Кусто изобрёл акваланг, с помощью которого можно свободно плавать под водой.

Другие исследования

В 1953 году новозеландец Эдмунд Хиллари и представитель Непала Норгеи Тенсинг впервые покорили самую высокую точку Земли - гору Джомолунгма. Поднявшись на вершину, они водрузили на ней флаги своих стран и флаг ООН, посвятив свою победу всем людям Земли.

Важнейшим достижением в исследовании Земли в 20 веке стало изучение верхних слоев атмосферы. Со второй половины 20 века космические корабли с космонавтами на борту участвовали в изучении Земли из космоса. С тех пор в географии появились новые космические методы исследования, с помощью которых учёные получают информацию о нашей планете и сегодня.

Исследования Земли ещё не завершены. До сих пор точно не установлен исток реки Амазонки, остаются неизученными многие растения и животные, распространённые в лесах но берегам этой реки. Лишь на глубину 12 километров проникли учёные в земную твердь, пробурив на сверхглубокую скважину. Продолжаются исследования льдов Антарктиды и глубин Мирового океана.

Объектами , Задачи геологии:

Методы

1.

2. Геофизические методы Сейсмические методы Гравиметрические методы Палеомагнитный метод

3.

4. Методы моделирования

5. Метод актуализма

6.

Нутреннее строение Земли

Чтобы понять каким образом геологи создали модель строения Земли, надо знать основные свойства и их параметры, характеризующие все части Земли. К таким свойствам (или характеристикам) относятся:

1. Физические - плотность, упругие магнитные свойства, давление и температура.

2. Химические - химический состав и химические соединения, распределение химических элементов в Земле.

Исходя из этого, определяется выбор методов исследования состава и строения Земли. Кратко рассмотрим их.

Прежде всего, отметим, что все методы разделяются на:

· прямые - опираются на непосредственное изучение минералов и горных пород и их размещении в толщах Земли;

· косвенные - основаны на изучении физических и химических параметров минералов, пород и толщ с помощью приборов.

Прямыми методами мы можем изучить лишь верхнюю часть Земли, т.к. самая глубокая скважина (Кольская) достигла~12 км. О более глубоких частях можно судить по вулканическим извержениям.

Глубинное внутреннее строение Земли изучается косвенными методами, в основном комплексом геофизических методов. Рассмотрим основные из них.

1.Сейсмический метод (греч. сейсмос - трясение) - опирается на явление возникновения и распространения упругих колебаний (или сейсмических волн) в различных средах. Упругие колебания возникают в Земле при землетрясениях, падениях метеоритов или взрывах и начинают распространяться с разной скоростью от очага их возникновения (очага землетрясения) до поверхности Земли. Выделяют два типа сейсмических волн:

1-продольные P-волны (самые быстрые), проходят через все среды - твердые и жидкие;

2-поперечные S-волны, более медленные и проходят только через твердые среды.

Сейсмические волны при землетрясениях возникают на глубинах от 10 км до 700 км. Скорость сейсмических волн зависит от упругих свойств и плотности горных пород, которые они пересекают. Достигая поверхности Земли, они как бы просвечивают ее и дают представление о той среде, которую пересекли. Изменение скоростей дает представление о неоднородности и расслоенности Земли. Кроме изменения скоростей, сейсмические волны испытывают преломление, проходя через неоднородные слои или отражение от поверхности, разделяющей слои.

2.Гравиметрический метод основан на изучении ускорения силы тяжести Dg, которое зависит не только от географической широты, но и от плотности вещества Земли. На основании изучения этого параметра установлена неоднородность в распределении плотности в разных частях Земли.

3.Магнитометрический метод - основан на изучении магнитных свойств вещества Земли. Многочисленные измерения показали, что различные горные породы отличаются друг от друга по магнитным свойствам. Это приводит к образованию участков с неоднородными магнитными свойствами, которые позволяют судить о строении Земли.

Сопоставляя все характеристики, ученые создали модель строения Земли, в которой выделяют три главные области (или геосферы):

1-Земная кора, 2-Мантия Земли, 3-Ядро Земли.

Каждая из них в свою очередь разделяется на зоны или слои. Рассмотрим их и основные параметры суммируем в таблице.

1. Земная кора (слой А)- это верхняя оболочка Земли, ее мощность колеблется от 6-7км до 75км.

2.Мантия Земли подразделяется на верхнюю (со слоями: В и С) и нижнюю (слой D).

3. Ядро - подразделяется на внешнее (слой Е) и внутреннее (слой G), между которыми располагается переходная зона - слой F.

Границей между земной корой и мантией является раздел Мохоровичича, между мантией и ядром также резкая граница- раздел Гуттенберга.

Из таблицы видно, что скорость продольных и поперечных волн возрастает от поверхности к более глубоким сферам Земли.

Особенностью верхней мантии является наличие зоны, в которой резко падает скорость поперечных волн до 0.2-0.3 км/сек. Это объясняется тем, что наряду с твердым состоянием, мантия частично представлена расплавом. Этот слой пониженных скоростей называют астеносферой . Его мощность 200-300 км, глубина 100-200 км.

На границе мантии и ядра происходит резкое снижение скорости продольных волн и затухание скорости поперечных волн. На основании этого сделано предположение, что внешнее ядро находится в состоянии расплава.

Средние значения плотности по геосферам показывают ее возрастание к ядру.

О химическом составе Земли и ее геосфер дают представление:

1- химический состав земной коры,

2 - химический состав метеоритов.

Химический состав земной коры изучен достаточно детально - известен ее валовый химический состав и роль химических элементов в минерало- и породообразовании. Труднее обстоит дело с изучением химического состава мантии и ядра. Прямыми методами мы этого пока сделать не можем. Поэтому применяют сравнительный подход. Исходным положением является предположение о протопланетном сходстве между составом метеоритов, упавших на землю, и внутренних геосфер Земли.

Все метеориты, попавшие на Землю, по составу делятся на типы:

1-железные, состоят из Ni и 90% Fe;

2-железокаменные (сидеролиты) состоят из Fe и силикатов,

3-каменные, состоящие из Fe-Mg силикатов и включений никелистого железа.

На основании анализа метеоритов, экспериментальных исследований и теоретических расчетов ученые предполагают (по таблице), что химический состав ядра - это никелистое железо. Правда, в последние годы высказывается точка зрения, что кроме Fe-Ni в ядре могут быть примеси S, Si или О. Для мантии химический спектр определяется Fe-Mg силикатами, т.е. своеобразный оливино-пироксеновый пиролит слагает нижнюю мантию, а верхнюю - породы ультраосновного состава.

Химический состав земной коры включает максимальный спектр химических элементов, который выявляется в многообразии минеральных видов, известных к настоящему времени. Количественное соотношение между химическими элементами достаточно велико. Сравнение наиболее распространенных элементов в земной коре и мантии показывает, что ведущую роль играют Si, Al и О 2 .

Таким образом, рассмотрев основные физические и химические характеристики Земли, мы видим, что их значения неодинаковы, распределяются зонально. Тем самым, давая представление о неоднородном строении Земли.

Строение Земной коры

Рассмотренные нами ранее типы горных пород - магматические, осадочные и метаморфические участвуют в строении земной коры. По своим физико-химическим параметрам все породы земной коры группируются в три крупных слоя. Снизу вверх это: 1-базальтовый, 2-гранито-гнейсовый, 3-осадочный. Эти слои в земной коре размещены неравномерно. Прежде всего, это выражается в колебаниях мощности каждого слоя. Кроме того, не во всех частях наблюдается полный набор слоев. Поэтому более детальное изучение позволило по составу, строению и мощности выделить четыре типа земной коры: 1-континентальный, 2-океанский, 3-субконтинентальный, 4-субокеанский.

1. Континентальный тип - имеет мощность 35-40 км до 55-75 км в горных сооружениях, содержит в своем составе все три слоя. Базальтовый слой состоит из пород типа габбро и метаморфических пород амфиболитовой и гранулитовой фаций. Называется он так потому, что по физическим параметрам он близок базальтам. Гранитный слой по составу - это гнейсы и гранито-гнейсы.

2.Океанский тип - резко отличается от континентального мощностью (5-20 км, средняя 6-7 км) и отсутствием гранито-гнейсового слоя. В его строении участвуют два слоя: первый слой осадочный, маломощный (до 1 км), второй слой - базальтовый. Некоторые ученые выделяют третий слой, который является продолжением второго, т.е. имеет базальтовый состав, но сложен ультраосновными породами мантии, подвергшихся серпентинизации.

3.Субконтинентальный тип - включает все три слоя и этим близок к континентальному. Но отличается меньшей мощностью и составом гранитного слоя (меньше гнейсов и больше вулканических пород кислого состава). Этот тип встречается на границе континентов и океанов с интенсивным проявлением вулканизма.

4. Субокеанский тип - располагается в глубоких прогибах земной коры (внутриконтинентальные моря типа Черного и Средиземного). От океанского типа отличается большей мощностью осадочного слоя до 20-25 км.

Проблема формирования земной коры .

По Виноградову- процесс формирования земной коры происходил по принципу зонной плавки . Суть процесса: вещество Протоземли, близкое к метеоритному, в результате радиоактивного прогрева расплавлялось и более легкая силикатная часть поднималась к поверхности, а Fe-Ni концентрировалась в ядре. Таким образом, происходило формирование геосфер.

Следует отметить, что земная кора и твердая часть верхней мантии объединяются в литосферу , ниже которой располагается астеносфера .

Тектоносфера - это литосфера и часть верхней мантии до глубин 700км (т.е. до глубины самых глубоких очагов землетрясений). Названа так потому, что здесь происходят основные тектонические процессы, определяющие перестройку этой геосферы.

Земная кора.

Земная кора в масштабе всей Земли представляет тончайшую пленку и по сравнению с радиусом Земли ничтожна. Она достигает максимальной толщины 75км под горными массивами Памира, Тибета, Гималаев. несмотря на маленькую мощность, земная кора имеет сложное строение.

Верхние ее горизонты довольно хорошо изучены при помощи бурения скважин.

Строение и состав земной коры под океанами и на континентах очень сильно различаются. Поэтому и принято выделять два основных типа земной коры – океаническую и континентальную.

Земная кора океанов занимает примерно56% поверхности планеты, и главной ее чертой является небольшая толщина – в среднем около 5-7 км. Но даже такая тонкая земная кора подразделяется на два слоя.

Первый слой – осадочный, представлен глинами, известковыми илами. Второй слой сложен базальтами – продуктами извержений вулканов. Мощность базальтового слоя на дне океанов не превышает 2 км.

Континентальная (материковая) земная кора занимает площадь меньше, чем океаническая, около 44% поверхности планеты. Континентальная кора толще океанической, ее средняя мощность 35-40км, а в области гор достигает 70-75 км. Она состоит из трех слоев.

Верхний слой слагают разнообразные осадки, их мощность в некоторых впадинах, например, в Прикаспийской низменности, составляет 20-22 км. Преобладают отложения мелководий – известняки, глины, пески, соли и гипс. Возраст пород 1,7 млрд.лет.

Второй слой – гранитный – он хорошо изучен геологами, т.к. имеются выходы его на поверхность, а также предпринимались попытки пробурить его, хотя попытки пробурить весь слой гранита оказались неудачными.

Состав третьего слоя не очень ясен. Предполагают, что он должен быть сложен породами типа базальтов. Мощность его составляет 20-25 км. В основании третьего слоя прослеживается поверхность Мохоровичича.

Повехность Мохо.

В 1909г. на Балканском полуострове, около г.Загреба, произошло сильное землетрясение. Хорватсякий геофизик Андрия Мохоровичич,изучая сейсмограмму, записанную в момент этого события, заметил, что на глубине примерно 30 км скорость волн существенно увеличивается. Данное наблюдение подтвердили и другие сейсмологи. Значит, существует некий раздел, ограничивающий снизу земную кору. Для его обозначения ввели особый термин – поверхность Мохоровичича (или раздел Мохо).

Мантия

Под корой на глубинах от 30-50 до 2900 км расположена мантия Земли. Из чего же она состоит? Главным образом из горных пород, богатых магнием и железом.

Мантия занимает до 82% объема планеты и подразделяется на верхнюю и нижнюю. Первая залегает ниже поверхности Мохо до глубины 670 км. Быстрое падение давления в верхней части мантии и высокая температура приводят к плавлению ее вещества.

На глубине от 400 км под материками и 10-150 км под океанами, т.е. в верхней мантии, был обнаружен слой, где сейсмические волны распространяются сравнительно медленно. Этот слой назвали астеносферой (от греч. “астенес” - слабый). Здесь доля расплава составляет 1-3%, более пластичная. Чем остальная мантия, астеносфера служит “смазкой”, по которой перемещаются жесткие литосферные плиты.

По сравнению с породами, слагающими земную кору, породы мантии отличаются большой плотностью и скорость распространения сейсмических волн в них заметно выше.

В самом “подвале” нижней мантии – на глубине 1000км и до поверхности ядра – плотность постепенно увеличивается. Из чего состоит нижняя мантия, пока остается загадкой.

Ядро.

Предполагают, что поверхность ядра состоит из вещества, обладающего свойствами жидкости. Граница ядра находится на глубине 2900км.

А вот внутренняя область, начинающаяся с глубины 5100км, ведет себя как твердое тело. Это обусловлено очень высоким давлением. Даже на верхней границе ядра теоретически рассчитанное давление составляет около 1,3 млн.атм. а в центре достигает 3 млн.атм. Температура здесь может превышать 10000 С. Каждый куб. см вещества земного ядра весит 12 -14 г.

Очевидно, вещество внешнего ядра Земли гладкое, почти как пушечное ядро. Но оказалось, что перепады “границы” достигают 260км.

Лист-конспект урока “Оболочки Земли. Литосфера. Земная кора.”

Тема урока. Строение Земли и свойства земной коры.

1. Внешние оболочки Земли:

Атмосфера - _______________________________________________________________

Гидросфера -_______________________________________________________________

Литосфера - ________________________________________________________________

Биосфера - _________________________________________________________________

2. Литосфера-____________________________________________________________

3. Строение Земли:

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ.

Объектами , которые изучаетгеология, являются земная кора и литосфера. Задачи геологии:

Изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

Изучение внутреннего строения Земли;

Изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

Изучение истории развития жизни на Земле и др.

Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие.

1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и,следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).